(57)【要約】【課題】超電導コイルが発生する磁気力場を増幅し、かつ、その増幅した位置でポテンシャルエネルギを局所的に最小にする強磁気力場発生装置を提供する。【解決手段】中心軸が鉛直方向の超電導コイルと、前記超電導コイルの中空内部の赤道面より上方に配置されるリング状強磁性体と、前記リング下部に空間を挟んで設けられる円盤状強磁性体とを備える強磁気力場発生装置であって、前記円盤状強磁性体の外径が前記リング状強磁性体の外径以上のものである。【選択図】図１
2005353860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸が鉛直方向の超電導コイルと、
前記超電導コイルの中空内部の赤道面より上方に配置されるリング状強磁性体と、
前記リング下部に空間を挟んで設けられる円盤状強磁性体とを備える強磁気力場発生装置であって、
前記円盤状強磁性体の外径が前記リング状強磁性体の外径より大きい強磁気力場発生装置。
【請求項２】
前記円盤状強磁性体の外径が前記リング状強磁性体の外径の１．５倍以下である請求項１記載の強磁気力場発生装置。
【請求項３】
前記赤道面に対して対称位置に、さらに前記リング状強磁性体及び前記円盤状強磁性体と同形状の強磁性体を備える請求項１又は２に記載の強磁気力場発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反磁性の物体等を空間に安定浮上させる強磁気力場発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明者は、すでに下記特許文献１において、強磁気力場発生装置を開示している。この特許文献１のものは、中心軸が鉛直方向を向いているソレノイド状超電導コイルの中空内部の赤道面上方に円盤状強磁性体を中心軸対称に配置し、前記円盤状強磁性体の上方にリング状強磁性体を前記円盤状強磁性体に接触することなく中心軸対称に配置したことを特徴とする強磁気力場発生装置である。
【特許文献１】特開２００３−７５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１のものは、水等の反磁性の性質を持つ溶液等にかかる重力をある空間内で均一にキャンセルすることができる装置である。しかし、磁気力場を増幅させた位置においてポテンシャルエネルギが局所的に最小になっておらず、反磁性の物体を当該空間内に放置した際、強磁性体に吸いつけられてしまうことがあり、反磁性の物体を空中に安定浮上させることは困難なものであった。なお、ここでいうポテンシャルエネルギとは、位置エネルギと磁気力によるエネルギとの和のことである。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、超電導コイルが発生する磁気力場を増幅し、かつ、その増幅した位置でポテンシャルエネルギを局所的に最小にする強磁気力場発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００５】
本発明は、中心軸が鉛直方向の超電導コイルと、前記超電導コイルの中空内部の赤道面より上方に配置されるリング状強磁性体と、前記リング下部に空間を挟んで設けられる円盤状強磁性体とを備える強磁気力場発生装置であって、前記円盤状強磁性体の外径が前記リング状強磁性体の外径以上のものである。
上記構成により、リング状強磁性体と円盤状強磁性体との勾配磁場が足し合わされることとなるので、リング状強磁性体と円盤状強磁性体との間で、超電導コイルが発生する磁気力場を増幅できる。また、その増幅した位置でポテンシャルエネルギを局所的に最小にすることができる。
【０００６】
本発明の強磁気力場発生装置は、前記円盤状強磁性体の外径が前記リング状強磁性体の外径の１．５倍以下であることが好ましい。
上記構成により、磁気力場が増幅された位置において、確実に局所的にポテンシャルエネルギを最小にすることができる。
【０００７】
本発明の強磁気力場発生装置は、前記赤道面に対して対称位置に、さらに前記リング状強磁性体及び前記円盤状強磁性体と同形状の強磁性体を備えるものであることが好ましい。
上記構成により、強磁性体と超電導コイルとに働く電磁力の和はゼロになり、強磁性体を内部空間に備えることによる付加的な電磁力を相殺できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る強磁気力場発生装置の主要構成部分の断面図である。１は軸を鉛直方向に有する超電導コイル、２は超電導コイル１の中空部分に置かれる円盤状強磁性体、３は超電導コイル１の中空部分に置かれるリング状強磁性体である。
【０００９】
図１に示すように、第１実施形態に係る強磁気力場発生装置は、円盤状強磁性体２を超電導コイル１の中空部分赤道面上方に配置し、更に円盤状強磁性体２の上方に円盤状強磁性体２とは非接触の状態で円盤状強磁性体２と同軸になるようにリング状強磁性体３を配置されるものである。また、円盤状強磁性体２の外径がリング状強磁性体３の外径以上、１．５倍以下となるように設けられている。
【００１０】
このような構成にすることにより、リング状強磁性体３と円盤状強磁性体２の勾配磁場が足し合わされることとなり、超電導コイル１の励磁時に、リング状強磁性体３と円盤状強磁性体２との間で磁気力場が増加され、試料空間の強度が一様となる空間を得ることができる。また、磁気力場が増幅された位置において、確実に局所的にポテンシャルエネルギを最小にすることができる。
【００１１】
次に、本発明の第２実施形態に係る強磁気力場発生装置について説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る強磁気力場発生装置の主要構成部分の断面図である。なお、以下では第１実施形態と同様の部分は説明を省略することがある。
【００１２】
図２に示すように、本発明の第２実施形態に係る強磁気力場発生装置は、第１実施形態に係る強磁気力場発生装置において、赤道面に対して対称位置に、リング状強磁性体３及び円盤状強磁性体２と同形状のリング状強磁性体３´及び円盤状強磁性体２´とをさらに備えるものである。
【００１３】
このような構成にすることにより、第１実施形態のものと同様の効果を得ると共に、強磁性体（リング状強磁性体３及び円盤状強磁性体２とリング状強磁性体３´及び円盤状強磁性体２）と超電導コイルに働く電磁力の和はゼロになり、超電導コイルに強磁性体を加えたことによる付加的な電磁力を相殺することができる。
【００１４】
なお、第１、第２実施形態の変形例として、超電導コイル１の代わりに、図３に示すような、主コイルが２個以上に分割されている強磁気力場発生装置としてもよい。
【実施例】
【００１５】
次に、実施例及び比較例を示すことによって本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
ここでは、上述した図３に示す構成の強磁気力場発生装置であって、超電導コイル１１〜１６が表１、円盤状強磁性体２及びリング状強磁性体３が表２に示すパラメータを有するものについて、磁気力場の測定とポテンシャルエネルギのシュミレーションを行った。なお、強磁性体には純鉄を用い、円盤状強磁性体２最下部の位置を超電導コイル中心位置から１０４ｍｍの高さ、リング状強磁性体３最下部の位置を超電導コイル中心位置から６１ｍｍの高さに配置した。また、磁気力場は、常磁性体のガドリウム小片を糸で試料空間に吊るし、ガドリウム小片にかかる力をロードセルセンサーで計測して求めた。また、ポテンシャルエネルギは、有限要素法を用いて磁場分布を計算するというシュミレーションを行って求めた。
【００１６】
【表１】
2005353860.tif 000003
【００１７】
【表２】
2005353860.tif 000004
【００１８】
（比較例１）
比較例１は、図４に示すように、円盤状強磁性体１７の外径がリング状強磁性体１８の外径未満であり、超電導コイルは実施例１と同構成の強磁気力場発生装置であって、超電導コイル１１〜１６が表１、円盤状強磁性体１７及びリング状強磁性体１８が表３に示すパラメータを有するものについて、磁気力場とポテンシャルエネルギのシュミレーションを行った。なお、強磁性体には純鉄を用い、円盤状強磁性体２最下部の位置を超電導コイル中心位置から９０ｍｍの高さ、リング状強磁性体３最下部の位置を超電導コイル中心位置から７０ｍｍの高さに配置した。
【００１９】
【表３】
2005353860.tif 000005
【００２０】
実施例１及び比較例１のポテンシャルネルギのシュミレーション結果をそれぞれ図５及び図６に示す。ここで、ｚはマグネット中心からの軸方向の距離、ｒはマグネット中心からの径方向の距離のことである。磁気力場は、実施例１においては１４００Ｔ２／ｍ、比較例１については２２００Ｔ２／ｍまで増幅できた。しかし、実施例１においては、図５に示すように、ｚ＝９２ｍｍ、ｒ＝０ｍｍ付近（図３におけるリング状強磁性体３と円盤状強磁性体２との間付近）で局所的に最小のポテンシャルエネルギを有するポテンシャルエネルギ分布が形成されているのに対し、比較例１においては、図６に示すように、傾斜したポテンシャルエネルギ分布が形成されている。これにより、実施例１においては、反磁性の物体を空中に安定浮上させることが可能となっていることがわかる。
【００２１】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施形態や実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る強磁気力場発生装置の主要構成部分の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る強磁気力場発生装置の主要構成部分の断面図である。
【図３】本発明の第１、第２実施形態に係る強磁気力場発生装置の変形例を示す図である。
【図４】比較例１の強磁気力場発生装置の主要構成部分の断面図である。
【図５】本発明に係る実施例１の強磁気力場発生装置におけるポテンシャルネルギのシュミレーション結果を示す図である。
【図６】比較例１の強磁気力場発生装置におけるポテンシャルネルギのシュミレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１、１１、１２          超電導コイル
２、２´、１７          円盤状強磁性体
３、３´、１８          リング状強磁性体
１３、１４、１５、１６  反転磁場コイル
【図１】
2005353860.tif 000006
【図２】
2005353860.tif 000007
【図３】
2005353860.tif 000008
【図４】
2005353860.tif 000009
【図５】
2005353860.tif 000010
【図６】
2005353860.tif 000011